All retaining walls along highways have to be controlled and checked regularly. In the course of these checks, defects and a wide variety of failure mechanisms to anchors have been found throughout Austria over the past ten years. The following article discusses retaining walls with anchors of the type Permaflex in the area around Salzburg. Due to their construction, these have an increased susceptibility to corrosion. The two examples, a retaining wall at Egger and slope stabilisation of the Donnergraben bridge are in each case anchored, coupled plate elements made of reinforced concrete. In particular, the importance of both the installation of permanent monitoring as well as the availability of inventory documents in remediation planning is emphasized.
Geankerte Stützbauwerke entlang von Autobahnen und Schnellstraßen sind regelmäßigen Prüfungen und Kontrollen zu unterziehen. Bei diesen Kontrollen konnten in ganz Österreich im Laufe der letzten zehn Jahre vermehrt Schäden bzw. unterschiedlichste Versagensmechanismen an Dauerfreispielankern festgestellt werden. Hier wird insbesondere auf Stützbauwerke im Raum Salzburg eingegangen, bei denen Anker der Bauart Permaflex eingebaut wurden, die konstruktionsbedingt eine erhöhte Anfälligkeit gegen Korrosion aufweisen. Bei den betrachteten Objekten Ankerwand Egger und Hangsicherung Donnergrabenbrücke handelt es sich jeweils um rückverankerte, gekoppelte Plattenelemente aus Stahlbeton. Der Stellenwert der Installation eines permanenten Monitorings sowie möglichst umfangreicher Bestandsunterlagen für die Planung der Instandhaltungsmaßnahmen wird besonders hervorgehoben.

Anchored retaining structures demand detailed preliminary investigations for appropriate and economic repair and upgrading. However, due to the complex constraints and insufficient data basis, it is often necessary to investigate the basis for the design of repair works in advance. The article described two anchored constructions. The first is a bored pile wall to dowel a slope. In addition to the repair of corrosion damage to the strand anchors, repair of the uphill drainage system is an essential part of the refurbishment concept. The second example is a retaining structure about 40 years old, in which several rod anchors show corrosion to their heads. Since there is a lack of information about the ground conditions for the assessment of structural safety and design of repair works, additional investigation boreholes were drilled.
Geankerte Stützbauwerke erfordern detaillierte Voruntersuchungen zur zielgerichteten und wirtschaftlichen Instandsetzung und Ertüchtigung. Allerdings ist es aufgrund der komplexen Randbedingungen und ungenügenden Datengrundlagen oft erforderlich, unter einem entsprechend zeitlichen Vorlauf Grundlagen zur Sanierungsplanung zu erkunden. Im Folgenden werden zwei geankerte Konstruktionen erläutert. Bei der ersten Konstruktion handelt es sich um eine Hangverdübelung. Neben der Konservierung der Korrosionsschäden der Litzenanker ist auch die Instandsetzung des hangseitigen Entwässerungssystems wesentlicher Bestandteil des Sanierungskonzepts. Beim zweiten Objekt handelt sich um eine etwa 40 Jahre alte Stützkonstruktion bei der mehrere Stabanker Korrosionsschäden im Kopfbereich aufweisen. Mangels fehlender Informationen zu den Untergrundverhältnissen wurden für die Beurteilung der Standsicherheit und Planung der Instandsetzung Erkundungsbohrungen durchgeführt.

The Brenner Base Tunnel with a total of 230 km of tunnels is a geological, structural and logistical challenge. The transnational project is an additional challenge, considering different planning, approval and construction rules and cultures. From the start of construction in 2007 to the present, today halftime is reached with 100 excavated tunnel kilometers. An overview of selected topics is given in this contribution, such as project optimizations of the emergency areas, geological/geotechnical knowledge transfer from the already driven exploratory tunnel to the following construction lots of the parallel main tunnels, reprocessing and use of Schists as aggregates for the inner lining and shotcrete production, logistics experience with wheel-bound transport vehicles, measurements during construction with laser tunnel scanners and the service life of the tunnel of 200 years with an increased safety concept defined in the guide conceptual design. Preparations and planning are already at an advanced state for the second half of the project, concerning the next excavation lots, secondary linings as well as interior work with the installation of the technical equipment. The construction work is expected to be completed in 2025 and the end of construction is expected at the end of 2028 (2030 in case of risk occurrence).
Der Brenner Basistunnel mit einer gesamten Länge von 230 Tunnelkilometern ist eine geologische, bautechnische und logistische Herausforderung. Unterschiedliche Planungs-, Genehmigungs- und Baukulturen des länderübergreifenden Bauwerks machen dieses Vorhaben noch komplexer. Vom Baubeginn 2007 bis zur heutigen Halbzeit mit über 100 vorgetriebenen Tunnelkilometern werden an dieser Stelle ausgewählte Themen vorgestellt, z. B. die Projektoptimierung der Nothaltestellen, der geologische und geotechnische Erkenntnistransfer der im vorauseilenden Erkundungsstollen gesammelten Erfahrungen auf die Hauptbaulose für die bereits durchörterten drei von vier Hauptlithologien, die Wiederaufbereitung und Verwendung des Bündner Schiefers im Innenschalen- und Spritzbeton, Logistikerfahrungen mit radgebundenen Transportfahrzeugen, baubegleitende Messungen mit Laser-Tunnelscanner und die Nutzungsdauer von 200 Jahren mit dem daraus folgenden erhöhten Sicherheitskonzept in der übergreifenden Regelplanung. Für die Herausforderungen der zweiten Halbzeit wie den weiteren Vortrieben, dem Innenausbau und dem bahntechnischen Ausbau sind die Vorbereitungen und Planungen bereits weit vorrangeschritten. Bei einem Abschluss der Rohbauarbeiten im Jahre 2025 ist mit einer Gesamtfertigstellung Ende 2028 (bei Eintreten von Risiken 2030) zu rechnen.

For the construction of the Brenner Base Tunnel with a total length of the whole tunnel system of 230 km, the geotechnical characterisation of the rock and the rock mass based on the geological mapping, the exploration and the geological models is of essential importance. The reliability of the ground prediction and consequently the effectiveness of the construction and support measures are mainly influenced by the methodology for the evaluation of the characteristic material parameters of the ground. This mainly influences the project process and the construction as well as the maintenance costs of a tunnelling project. In this paper, the applied methodology with its approaches of resolution for the improvement of the reliability of the ground prediction at the Brenner Base Tunnel project are explained in detail. Furthermore the improvements to this methodology during different project stages are shown. The paper concentrates on the implementation of the results gained from the exploratory tunnel and the influence of these results on the methodology for the improvement of ground prediction and the reduction of ground risks. In addition problems and approaches for solving these problems are explained in detail. For instance the avoidance of the double consideration of the influence of schistosity by using a rock mass classification system for rock mass parameter identification.
Für die Realisierung des Brenner Basistunnels (BBT) mit einer Gesamtlänge des Tunnelsystems von 230 km ist aufbauend auf der geologischen Kartierung, den Erkundungen und den geologischen Modellen die geotechnische Klassifizierung und Charakterisierung des Gebirges von grundlegender Bedeutung. Die Methodik zur Ermittlung der charakteristischen Materialparameter und Zustandsvariablen bestimmen die Zuverlässigkeit der Baugrundprognosen und daraus folgend auch die Wirkungsweisen der Bau- und Sicherungsmaßnahmen. Dies beeinflusst deutlich den Projektablauf sowie die Bau- und Instandhaltungskosten eines Tunnelbauprojekts. In diesem Beitrag wird die am BBT angewandte Methodik mit ihren Lösungsansätzen zur Verbesserung der Zuverlässigkeit der Baugrundprognosen erläutert und auf die in den BBT-Projektphasen vollzogenen Optimierungen dieser Methode eingegangen. Ein Schwerpunkt bildet hierbei die Umsetzung des Erkenntnisgewinns aus dem Erkundungsstollen und dessen Einfluss auf die Methodik zur Verbesserung der Baugrundprognose sowie zur Verringerung der Baurisiken. Darüber hinaus werden Problematiken und Lösungsansätze erläutert, z. B. die Vermeidung einer zweifachen Berücksichtigung des Einflusses der Schieferung bei Nutzung eines Gebirgsklassifikationssystems zur Ermittlung der Gebirgskennwerte.

Approx. 42 km of tunnel were excavated on the contract Tulfes-Pfons H33, including a 15 km long section of the exploratory tunnel, which has been excavated since October 2015 with a gripper TBM from the Ahrental access tunnel southward into the district of Steinach. The interaction of the tunnel boring machine with the rock mass is discussed here as a back analysis of the mechanized tunnelling drive. This article does compare the forecast with the actual geological/geotechnical conditions, but only considers the conditions actually encountered. The back analysis takes place analogously to the principle of geotechnical planning according to the ÖGG (Austrian Society of Geomechanics) guideline, in which, starting from the rock mass structure and the rock mass types, the encountered tunnel face and intrados behaviour are observed and an estimation of the system behaviour is carried out. A description of the tunnelling technology concept completes this paper together with two case studies and the lessons learned.
Im Baulos Tulfes-Pfons H33 wurden ca. 42 Tunnelkilometer aufgefahren. Teil davon ist ein 15 km langer Abschnitt des Erkundungsstollens, der seit Oktober 2015 mit einer Gripper-TBM vom Zufahrtstunnel Ahrental nach Süden bis ins Gemeindegebiet Steinach aufgefahren wurde. Im Sinne einer “back analysis” dieses maschinellen Vortriebs wird die Interaktion der Tunnelbohrmaschine mit dem Gebirge erörtert. In diesem Beitrag wird kein geologisch/geotechnischer Soll-Ist-Vergleich durchgeführt, sondern es werden nur die tatsächlich angetroffenen Verhältnisse berücksichtigt. Die “back analysis” erfolgt analog dem Prinzip der geotechnischen Planung gemäß der ÖGG-Richtlinie für die Phase “Bauausführung”, bei der ausgehend vom Gebirgsbau und den Gebirgsarten das angetroffene Ortsbrust- und Laibungsverhalten beobachtet und eine Abschätzung des Systemverhaltens durchgeführt werden. Eine Beschreibung des tunnelbautechnischen Konzepts runden zusammen mit zwei Fallbeispielen sowie den daraus gewonnenen Erkenntnissen den Beitrag ab.

Forecasts made during tunnelling of the daily advance, to control the machine, specify the lining and verify system behaviour are of great importance for safety and for the success of the whole project. In practice, such forecasts are obtained in deep tunnels by probe drilling, leading to downtime periods and by analog/digital face documentation with shorter downtime periods. Measurement and evaluation of rock mass cutting at the cutterhead of the TBM enables continuous monitoring without downtime. From the spatial distribution of the disc forces, basic geological/geotechnical information about the tunnel face can be derived. In addition, this data is valuable for load monitoring and monitoring the condition of the discs to determine the optimal changing time. This contribution deals with a geological-geotechnical interpretation of the disc forces of the open TBM on contract H33 Tulfes-Pfons of the Brenner Base Tunnel. The spatially distributed disc forces are evaluated and compared with the geological documentation.
Baubegleitende Prognosen für den täglich zu erwartenden Vortriebsablauf, die Steuerung der Maschine, die Ausbaufestlegung und die Überprüfung des Systemverhaltens sind wichtig für die Sicherheit und den Projekterfolg eines maschinellen Tunnelvortriebs. In der Praxis werden diese Prognosen bei tiefen Tunneln anhand von Vorauserkundungsbohrungen mit längeren Vortriebsstillständen und durch analoge/digitale Ortsbrustaufnahmen in halbtäglichen/täglichen Intervallen mit kurzen Vortriebsstillständen gewonnen. Eine kontinuierliche Überwachung ohne Bauverzug stellt die Messung und Auswertung des Gebirgslöseprozesses am Bohrkopf der TBM dar. Aus dem räumlichen Verlauf der Diskenkräfte können grundlegende geologische/geotechnische Informationen der Ortsbrust abgeleitet werden. Darüber hinaus sind diese Daten für die Last- und Zustandsüberwachung der Disken und den optimalen Zeitpunkt eines Diskenwechsels wertvoll. Dieser Beitrag befasst sich mit einer geologisch-geotechnischen Interpretationen der Diskenkräfte an der offenen TBM im Baulos H33 Tulfes-Pfons des Brenner Basistunnels. Dabei werden die ausgewerteten räumlichen Diskenkräfte der geologischen Aufnahme gegenüberstellt.

The Tulfes Pfons H33 construction contract of the Brenner Base Tunnel includes a 15 km long exploratory tunnel. The tunnel is being driven by an open gripper TBM, permitting a view of the surface of the rock mass, to achieve the best possible geological and geotechnical exploration for the deep tunnel system. Geologists and geotechnical engineers follow the TBM excavation on a daily basis and guarantee ongoing mapping and interpretation of the rock mass classification and of the TBM data. All data from the exploratory tunnel advance, the TBM data, the measured deformations and the seismic explorations as well as the findings of geological mapping are incorporated into the geotechnical longitudinal section, which serves as the basis for the tenders of the main construction contracts. In particular, discussions take place with the designer of the following contract, how the encountered fault zones and overbreaks can be passed successfully in the main tunnels. Both the improvement of the rock mass from the exploratory tunnel and ramps are considered in order to excavate the most difficult fault zones from the exploratory tunnel.
Das Baulos Tulfes Pfons des Brenner Basistunnel umfasst unter anderem den Bau eines 15 km langen Erkundungsstollens. Der Stollen wird mit einer offen Gripper-TBM aufgefahren, bei der das Gebirgsgefüge offen einsehbar ist, und soll die bestmögliche geologische und geotechnische Erkundung des tiefliegenden Tunnelsystems ermöglichen. Geologen und Geotechniker verfolgen den TBM-Vortrieb täglich und garantieren eine Kontinuität bei der Interpretation der Gebirgsparameter und der Maschinendaten. Sämtliche Daten aus den Erkundungsbohrungen, der TBM, den gemessenen Verformungen und den seismischen Untersuchungen sowie die Erkenntnisse aus der Beobachtung des Gebirgsgefüges fließen in den geotechnischen Längenschnitt ein, der als Basis für die Ausschreibungen der Hauptbaulose dient. Besonderes Augenmerk wird dabei auf das Störzonenmanagement gelegt. In Zusammenarbeit mit dem Planer der Folgebaulose wird untersucht, wie diese Störbereiche in den darüber liegenden Haupttunneln erfolgreich durchfahren werden können. Dabei werden sowohl Gebirgsvergütungen vom Erkundungsstollen aus in Betracht gezogen als auch Rampen, um die schwierigsten Störzonen vorab bergmännisch aus dem Erkundungsstollen aus aufzufahren.

In the last decades there has been a massive migration from laboratory testing to in situ testing, to the point that, today, in situ testing is often the major part of a geotechnical investigation. In particular direct-push in situ tests, such as Cone Penetration Test (CPT) and the Flat Dilatometer Test (DMT), are fast and convenient in situ tests for routine site investigation. The scope of this paper is to describe the DMT and its recent updates, in particular the Seismic Dilatometer Test (SDMT) for measuring shear and compression wave velocities and the automated dilatometer probe (Medusa DMT). An Example of SDMT test results and its application to derive soil stiffness parameters are shown, as well as the result of a class-A prediction of an anchor pull-out test, which was calibrated with the SDMT profile.
In-situ-Versuche haben in den letzten Jahrzehnten gegenüber Laborversuchen deutlich an Bedeutung gewonnen und stellen in manchen Fällen den Hauptanteil eines geotechnischen Untersuchungsprogramms dar. Insbesondere Drucksondierungen (CPT) und Flat Dilatometer Tests (DMT) sind schnelle und einfach durchführbare In-situ-Versuche für routinemäßige Baugrunderkundungen. In diesem Beitrag werden neue Entwicklungen des Flat Dilatometers wie der seismische Dilatometerversuch (SDMT) zur Bestimmung von Scher- und Kompressionswellen und der automatische DMT (Medusa DMT) vorgestellt. Als Beispiel werden SDMT-Ergebnisse gezeigt, die zur Kalibrierung von Steifigkeitsparametern für numerische Berechnungen eines Ankerzugversuchs im Seeton verwendet wurden.

The piezocone penetration test (CPT) and flat dilatometer test (DMT) are routinely used in geotechnical practice and are often considered adequate for detailing of soil profile and determination of soil properties. This paper presents comparison of results of ground characterization and evaluation of soil properties based on the combined use of CPT and DMT at four different locations, each with different ground composition. Evaluation of both tests in terms of soil type, undrained shear strength, constrained modulus and friction angle is presented and results are compared. In some cases the results are also compared with laboratory data. The main objective is to show that companion sets of CPT and DMT at a given site could be used to better define the geotechnical ground model and to increase confidence in the evaluation of soil properties.
Drucksondierungen (CPT) und Flat Dilatometer-Tests (DMT) werden routinemäßig in der geotechnischen Praxis eingesetzt und oft als ausreichend angesehen, um das Bodenprofil detailliert darzustellen und die Bodeneigenschaften zu bestimmen. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse in der Beschreibung des Bodenprofils und der Bodeneigenschaften auf Basis einer kombinierten Verwendung von CPT und DMT an vier verschiedenen Standorten mit jeweils unterschiedlichen Bodenarten vorgestellt. Eine vergleichende Bewertung beider Tests hinsichtlich Bodenart, undränierter Scherfestigkeit, Steifemodul und Reibungswinkel wird präsentiert und die Ergebnisse verglichen. In einigen Fällen werden die Ergebnisse auch mit Labordaten verglichen. Das Hauptziel besteht darin, zu zeigen, dass CPT und DMT sich ergänzen und an einem bestimmten Standort verwendet werden können, um das geotechnische Bodenmodell besser zu erfassen und das Vertrauen in die Bewertung der Bodeneigenschaften zu erhöhen.

Cone penetration tests are a good option for in situ tests in case of soft, fine-grained soils. Thus, they are often used for subsoil investigations in the Salzburger Becken, which mainly consists of silty, fine-sandy sediments. Unfortunately, empirical correlations for the determination of soil parameters from cone penetration tests in case of silty, fine-sandy soils are very rare in literature. This contribution should help to evaluate the known correlations and correlation factors for the determination of soil stiffness based on cone penetration tests regarding their applicability for the Salzburger Seeton. This is done by the comparison of cone penetration test results with results from laboratory tests.
Drucksondierungen stellen im Fall eines weichen, feinkörnigen Bodens eine gute Möglichkeit zur In-situ-Untersuchung des Untergrunds dar. Aus diesem Grund werden im Salzburger Becken, das überwiegend aus schluffig, feinsandigen Sedimenten besteht, häufig Drucksondierung zur Untergrunderkundung eingesetzt. Nachteilig ist dabei, dass für schluffige, feinsandige Böden in der Literatur kaum Erfahrungswerte zur Ableitung von Bodenkennwerten auf Basis von Drucksondierungen vorliegen. Dieser Beitrag soll durch den Vergleich von Drucksondierungsergebnissen mit Ergebnissen aus Laborversuchen an Proben des Salzburger Seetons dazu beitragen die bekannten Korrelationen und Korrelationsfaktoren zur Bestimmung der Bodensteifigkeit aus Drucksondierungen hinsichtlich ihrer Gültigkeit für den Salzburger Seeton besser beurteilen zu können.

Piezocone penetration tests (CPTu tests) allow continuous measurements of the tip resistance, the sleeve friction and the pore water pressure over depth. Furthermore, they minimize the required time as well as costs for a soil characterization. Due to the difficulty related to undisturbed sample recovery of soils (i.e. of weak silty fine-grained sediments) for laboratory testing, in situ investigations are becoming increasingly popular in geotechnical engineering. The article illustrates results of cone penetration tests, executed at three test sites in the city of Salzburg. It is shown that CPT-based soil behaviour type charts according to Robertson lead to a realistic characterization of the underground conditions. The grain size distribution of the Salzburger Seeton varies between fine sand-silt mixtures, which are found in the upper parts, to clayey silts in greater depths. According to CPT-based soil behaviour type charts of Robertson clayey silts behave clay-like contractive and are characterized by homogeneous properties with increasing depth. Qtn-IG diagrams underline that the Salzburger Seeton with a high clay content presents a weak microstructure. On the other hand, the upper Seeton layers, which can be classified as silt-sand mixtures and silty sands respectively, show a stronger bounding between the particles.
Drucksondierungen mit Porenwasserdruckmessung (CPTu Versuche), die eine kontinuierliche Bestimmung des Spitzenwiderstands, der Mantelreibung sowie des Porenwasserdrucks über die Tiefe ermöglichen und mit geringem Zeit- und Kostenaufwand verbunden sind, finden in der Geotechnik zur Charakterisierung der Untergrundverhältnisse vermehrt Anwendung. Die verstärkte Nachfrage nach In-situ-Versuchen gründet auch auf der Schwierigkeit, in sehr weichen, schluff-dominierten Feinsedimenten Bodenproben für vertiefte Laboruntersuchungen ungestört zu entnehmen. In diesem Beitrag wird auf Grundlage von Drucksondierungen verdeutlicht, dass die Bodenverhaltensdiagramme nach Robertson eine zielführende Charakterisierung der Untergrundverhältnisse ermöglichen. Der Salzburger Seeton deckt dabei ein Kornspektrum von Feinsand-Schluffgemischen, die i.A. in den oberen Bodenschichten anzutreffen sind, bis zu stark tonigen Schluffen in zumeist tieferen Bereichen ab. Für die tonigen Schluffe wird gemäß Bodenverhaltensdiagrammen nach Robertson ein tonähnliches, kontraktantes Verhalten angezeigt, wobei mit zunehmender Tiefe meist sehr homogene Eigenschaften festgestellt werden. Qtn-IG-Diagramme verdeutlichen, dass der tonige Salzburger Seeton durch schwache mikrostrukturelle Bindungen charakterisiert ist. Dem gegenüber zeigen die oberen Seetonbereiche, die als Feinsand-Schluffgemische bzw. schluffige Feinsande charakterisiert werden können, deutlich größere mikrostrukturelle Bindungen zwischen den Bodenteilchen.

This article presents the results of in-situ and triaxial testing of tertiary soils (Pannonian sand and Oligocene clay) performed for two major Hungarian projects. The shear strength of these formations varies greatly. Just interpreting the shear strength of tertiary soils poses a number of questions, which definitely exceeds the scope of existing standards. Since extracting multiple samples from the overconsolidated, high-density samples was not possible, the necessary parameters had to be determined from one larger specimen. Through short examples, it is demonstrated how the test results can be described using soil models and transferred into geotechnical design, highlighting the limits of numerical modelling (in case of these soils).
In diesem Artikel werden die Ergebnisse von In-situ- und Triaxialversuchen von Tertiärböden (Pannonischer Sand und Oligozäner Ton) für zwei große ungarische Projekte vorgestellt. Die Scherfestigkeit dieser Formationen variiert stark. Die Interpretation der Scherfestigkeit von Tertiärböden wirft eine Reihe von Fragen auf, die den Rahmen der bestehenden Normen eindeutig übersteigen. Da es nicht möglich war, mehrere Probestücke aus den überkonsolidierten, sehr dichten Proben zu gewinnen, mussten die notwendigen Parameter aus einer größeren Probe bestimmt werden. Anhand von Beispielen wird gezeigt, wie die Testergebnisse mithilfe von Bodenmodellen beschrieben und in das geotechnische Design übertragen werden können, wobei die Grenzen der numerischen Modellierung (bei diesen Böden) hervorgehoben werden.

Clogging can be a massive problem during the mechanized excavation of tunnels. Soil conditioning with foams and/or polymers is normally used in these cases to decrease the adverse effect of clogging. In a research project the cone pull-out test was used to assess the variation of adherence for four sticky clays with four commercial additives. Results show that the additives have also an impact on the basic mechanical properties of the clays such as liquid limit, plasticity index and shrinkage limit. The tests were performed on the one hand by spraying the additives on the metal surface of the cone and on the other hand by directly mixing them to the clays to reach the critical consistency index (i.e. where the maximum adherence with water was observed). Sprayed cone tests show for two clays a decrease in adherence. However, by directly mixing the additives to the clay, adherence considerably decreases, except for one kaolinitic clay. The results can be useful to select suitable additives or to develop new ones considering the geotechnical and mineralogical properties of the excavated clays.

Earth pressure balance (EPB) tunnel boring machines are shield machines that rely on their own excavated material as a support medium to maintain the support pressure at the face. This material also needs to have the necessary properties to be extracted, transported and, finally, disposed of. Whenever the natural material does not fulfil the necessary requirements, additives like water, foam, polymers, and fines, must be added, modifying the excavated ground to the desired conditions. The rheological properties of any excavated material, together with any additives, must be investigated and understood, as they will influence the flow behaviour of this conditioned material, directly affecting the machine operation and tunnel logistics. While studies assessing the flowability related to the EPB excavation of sand or clay soils are available, there is a lack of information on mixed soils. This paper presents the results from a testing campaign with mixed clay-sand samples, aiming to reproduce a simplified tropical weathered mixed soil, investigating its flow behaviour when changing certain controlled variables: clay-sand proportions, clay mineral, size of the clastic grain mixed with clay, water content, and additives (foam and polymers). Results from the tests conducted with a flow table, a slump test, and a rheometer device were compared, providing insights about the flow behaviour of the tested samples and its interaction with an EPB machine.

In the construction of high-pressure hydropower plants, the headrace is often the decisive cost component and determines the economic feasibility of the plant. For this reason, the selection and dimensioning of the most suitable tunnelling method is of fundamental importance. This starts with the determination of a suitable layout followed by a reliable geological prediction and covers the geotechnical interpretation and identification of geotechnical requirements. This is followed by the most accurate forecast of the performance of different excavation systems and risk assessments for each estimate. Finally, the development and comparison of different construction process scenarios is required to determine the most practical and safest combination of the most suitable excavation methods. Subsequently, these individual steps are explained and a comparison is drawn with experience gained in construction practice in the implementation of numerous headraces of high-pressure hydropower plants.
Beim Bau von Hochdruck-Wasserkraftanlagen stellt der Triebwasserweg vielfach den entscheidenden Kostenanteil dar und entscheidet über die wirtschaftliche Machbarkeit der Anlage. Aus diesem Grund kommen der Auswahl und Dimensionierung der bestgeeignetsten Vortriebsverfahren eine entscheidende Bedeutung bei. Dies beginnt bei der Trassenwahl, gefolgt von einer zutreffenden geologischen Prognose und erstreckt sich über die geologisch-geotechnische Interpretation und Identifikation der Anforderungen. Danach folgt eine möglichst exakte Prognose der Machbarbarkeit und Leistungsfähigkeit unterschiedlicher Vortriebssysteme und der Risikobandbreite dieser Einschätzungen. Schließlich ist die Entwicklung und Gegenüberstellung unterschiedlicher Bauablaufszenarien erforderlich, um zur sinnvollsten und sichersten Kombination der bestgeeigneten Vortriebsmethoden zu kommen. In der Folge wird auf diese einzelnen Schritte eingegangen, und es wird ein Vergleich mit den in der Baupraxis gemachten Erfahrungen bei der Realisierung zahlreicher Triebwasserwege von Hochdruck-Wasserkraftanlagen gezogen.

The “Lower Tuxbach diversion” project includes an 8.5 km headrace tunnel to the Stillupp reservoir. Nearly in the middle, the tunnel has to pass under the Zemm valley, which is more than 200 m deeper than the weir and the reservoir. With the shallow gradient of the TBM excavation, long sections of the tunnel will then have a high internal pressure during operation (pressure > 20 bar). The TBM excavation was carried out mainly in the Ahorn gneiss of the “Tauernfenster”, which strikes perpendicular to the tunnel axis. The stability of the rock mass was regular, but in the tunnel section to the weir, many joints and smaller fault zones with non-water-resistant infilling were encountered. Considering the high internal pressure, it was decided to retain most of the originally foreseen concrete lining. In the tunnel section to the reservoir, the decision about a possible optimisation of the lining design will be made after the completion of excavation.
Das Projekt “Untere Tuxbachüberleitung” beinhaltet die Ausleitung des Tuxbachs über einen ca. 8, 5 km langen Stollen in den Speicher Stillupp. Bei etwa der Hälfte der Stollenstrecke muss das Zemmtal unterquert werden, das mehr als 200 m tiefer als die Bachfassung bzw. der Speicher liegt. Durch die Linienführung des maschinellen Vortriebs mit flacher Neigung kommen dabei im Betriebszustand längere Stollenabschnitte unter hohen Innendruck (> 20 bar). Die TBM-Vortriebe durchfahren großteils das achsparallel streichenden Ahorngneis des Tauernfensters. Die Stabilität des Gebirges ist weitgehend unproblematisch, allerdings sind im Stollenabschnitt Richtung Tux zahlreiche Klüfte bzw. Scherbahnen mit teils erosionsempfindlichen Füllungen zu beobachten. Im Hinblick auf die Innendruckbelastung wird daher in diesem Abschnitt die vorgesehene Ringbetonauskleidung großteils beibehalten. Im Stollenabschnitt Richtung Stillupp wird die Entscheidung über eine allfällige Optimierung des Auskleidungskonzepts nach Abschluss des laufenden Vortriebs getroffen.

In Memoriam Reinhold Gerstner
The Vorarlberger Illwerke AG is currently working on redesigning the headrace system to the existing Rodundwerk I. The old power water way consists of an upper pressure tunnel, a penstock, a lower pressure tunnel along with the distribution pipeline to the four turbines and a pump. The same headwater sections are being constructed with an optimized route in the immediate vicinity of the existing structure. For the optimized layout of the new headrace, system options were isolated by means of 2D analyses. The variant for construction was investigated by means of a 3D analysis and the obtained results are the basis of the definition of the lining areas and thus the dimensioning of the individual types of lining. The present contribution deals with the geological boundary conditions, the findings from the old headrace, the assumptions and the resulting layout of the redesign. Finally, the basics of the lining concept and the design results are presented.
Aktuell arbeitet die Vorarlberger Illwerke AG an der Neukonzeption des Kraftabstiegs zum Rodundwerk I. Der Altbestand besteht aus einem oberen Druckstollen, einem Schrägschacht, einem unteren Druckstollen samt der Verteilrohrleitung zu den vier Turbinen und einer Pumpe. Felsmechanisch bedingt werden dieselben Triebwasserabschnitte mit einer optimierten Trassenführung im Nahbereich des verbleibenden Altbestands errichtet. Für die optimierte Trassenführung wurden mittels 2D-Analysen ausführbare Möglichkeiten isoliert. Die zur Ausführung gelangende Variante wurde mittels einer 3D-Analyse bestätigt und deren Ergebnisse bilden die Grundlage der Festlegung der Auskleidungsbereiche und somit der Bemessung der einzelnen Auskleidungsarten. Im vorliegenden Beitrag werden einleitend die geologischen Randbedingungen und die Erkenntnisse aus dem Altbestand, die in der 2D FE-Analyse vermuteten und durch die 3D FE-Analyse bestätigten neuen Erkenntnisse und die daraus resultierende Trassenwahl erläutert. Abschließend werden aus geologischer und geotechnisch-felsmechanischer Sicht die Grundlagen des Auskleidungskonzepts vorgestellt.

Even in the 1920s were already the plans for hydropower exploitation of the upper River Inn. Since the resumption of design work, the Gemeinschaftskraftwerk Inn (GKI) project has been optimised and adapted to the latest state of the technology as well as ecological requirements. After a collaborative process involving the authorities from both countries, the start of construction could be approved in 2014. The project will build a diversion hydropower station with an annual generation of about 414 GWh in the border area of Switzerland and Austria.
Schon in den 1920er-Jahren gab es bereits erste Pläne für die Wasserkraftnutzung am Oberen Inn. Seit der Wiederaufnahme der Planung wurde das Projekt Gemeinschaftskraftwerk Inn (GKI) optimiert und an den neuesten Stand der Technik sowie an die ökologischen Ansprüche angepasst. Nach einem zweistaatlichen Behördenverfahren konnte 2014 der Startschuss für die Errichtung gegeben werden. Damit entsteht im schweizerisch-österreichischen Grenzgebiet ein Ausleitungskraftwerk mit einer Jahreserzeugung von rund 414 GWh.

The conversion of the energy supply system towards renewable technologies is indispensable for climate and environmental protection. With the predominant use of inexhaustible but fluctuating renewable energy sources, energy storage capacities and physical networks are key infrastructure for sustainable functionality. Efficient pumped-storage hydropower can meet these demands. However, suitable sites for conventional surface reservoirs are facing natural limits, and new storage capacities in ecologically sensitive mountainous valleys are increasingly difficult to license. To gap these aspects this article reflects the construction of fully underground pumped-storage hydropower plants to cover multipurpose energy storage requirements.
Thus, the surface reservoirs are substituted by underground storage caverns with less water volume required by equivalent energy storage capacity since high heads are utilized. Proximity to urban areas improves the construction and operation through various infrastructure and close connection to existing power grids, power plants and consumers. Valuable surface resources remain untouched and the closed water cycle ensures a constant storage volume and independent operation against external influences. Furthermore pumped-storage is combined with seasonal underground thermal energy storage. This system leads the well-proven hydraulic energy storage technology into a new energetic age and ensures the demand-based and cross-sectoral renewable energy supply.
Der Umbau der Energiebereitstellung mit überwiegender Nutzung erneuerbarer Energien ist auf Energiespeicher und physikalische Vernetzung der Energieinfrastruktur angewiesen. Die Speicher sind Schlüsselkomponenten, welche die Schwankungen zwischen Energiebedarf und Energieerzeugung ausgleichen. Effiziente Pumpspeicherkraftwerke erfüllen diese Anforderungen; geeignete Speicherstandorte sind jedoch nur begrenzt verfügbar. Darüber hinaus ist der Speicherausbau in ökologisch sensiblen Hochtälern immer schwieriger realisierbar.
Die für Triebwassersysteme und Krafthäuser gängige untertägige Bauweise soll auf die gesamte Kraftwerksanlage inklusive den Speicherbauwerken ausgeweitet werden. Vollständig unterirdisch errichtete, tiefliegende, nicht an natürliche Gegebenheiten gebundene Kraftwerksbauten können für sehr große Fallhöhen und gleichzeitig reduzierte Wasservolumina ausgelegt werden. Der geschlossene Wasserkreislauf gewährleistet maximale Umweltverträglichkeit und unabhängigen Betrieb gegenüber äußeren Einflüssen. Die Nähe zu urbanen Gebieten erleichtert Bauvorhaben durch vorhandene Infrastruktur und sichert die Anbindung an bestehende Energienetze. Die Kombination von Pumpspeichern mit saisonalen thermischen Energiespeichern führt die hydraulische Energiespeicherung in ein neues Zeitalter und sichert die bedarfsgerechte und sektorenübergreifende Energieversorgung.

The proposed method can be seen as an adaption of the “Seeber” concept considering developments in geomechanics, calculation methods and steel technology over the last decades. When exposed to inner pressure, the cracking condition is transgressed and steel linings will not protect the rock mass against cracking. Accordingly, the post-failure behaviour of the rock mass is an essential basis for structural design. The effects of crack water pressure on radial displacements and the width of gaps are considered. The resistant behaviour of the rock mass is determined by its minor primary principal stress. Under mountain ridges and slopes, there is no correlation between the minor stresses and the height of overburden. Obviously damage cases in concrete lined tunnels are the result of inappropriate assessment of principal stresses. A better approach is proposed based on fundamental considerations and FE calculations. Crack water pressure close to the level of the minimal principal stress will induce progressive hydraulic fracturing in the rock mass, which requires safe waterproofing sealing of the shaft. Grouting the coaxial gap in rock mass is a firm part of any design concept. In shafts sealed by membranes, the capability to bridge fissures must be proved by tests. In steel lined shafts, the usable passive resistance of rock mass is determined by the acceptable radial displacement.
Die Betrachtung des Verbundverhaltens Felsmantel-Auskleidung kann als Erweiterung des Seeber-Verfahrens durch Berücksichtigung der Entwicklungen in den letzten Jahrzehnten von Geomechanik, Berechnungsverfahren und Stählen aufgefasst werden. Bei Innendruckbelastung entstehen Radialrisse an der Laibung, sobald dort die wirksame Tangentialspannung unter Null fällt. Nach Überschreiten der Anrissbedingung können Panzerungen Radialrisse im Felsmantel und Rissweiten an der Laibung nicht verhindern. Das Post-Failure-Verhalten des Felsmantels ist wesentlicher Bestandteil des Bemessungsverfahrens. Die Wirkung des Kluftwasserdrucks auf Radialverschiebung der Laibung und Rissweite wird berücksichtigt. Die Primärspannung des Gebirges bzw. dessen im betrachteten Querschnitt kleinere Hauptnormalspannung bestimmen das Tragverhalten des Felsmantels. In Kamm- und Hanglagen besteht kein unmittelbarer Zusammenhang zwischen Überlagerungshöhe und der kleineren Hauptnormalspannung. Mit grundsätzlichen Überlegungen und Ergebnissen von FE-Parameterstudien wird ein Zugang zur Abschätzung der Gebirgsspannungen angeboten. Kluftwasserdrücke nahe der minimalen Gebirgsspannung können zu fortschreitender Kluftsprengung führen. Innendrücke, die diesem Zustand nahekommen, bedürfen somit einer verlässlich dichten Auskleidung. Die Riss-Überbrückung von Membranen muss gewährleistet sein. Für Kunststoff-Folien sind entsprechende (Versuchs-) Nachweise zu liefern.

Optimization of rock grouting procedures during construction is necessitated when sparse data sets and incomplete geologic understanding form the basis of initial design. Relying on geologic investigation findings that often have limited budgets, initial designs typically consider data from only a small volume of the entire rock mass to be grouted. During construction, thousands of production boreholes may be drilled and grouted, and each of these boreholes has the potential to provide valuable information for modifying the injection materials and construction means/methods. Implementation of procedural changes is greatly facilitated by the ability to efficiently assemble, query, visualize and interpret vast amounts of 3D data in near real-time.
This contribution summarizes the main targets of rock mass characterization in the context of grouting works, along with investigative tools that provide valuable information: (1) regarding the distribution and properties of in situ permeability features; (2) for modifying and optimizing grouting procedures; and (3) for verifying grouting results in situ. Three dimensional modeling approaches that are amenable to data visualization are reviewed, including the workflow for near real-time model updating as construction proceeds.

Grouting measures in dam construction are of increasing importance in Europe, where many of the largest dams were constructed during the 1950s and 1970s. Nowadays, these dams often have to resist higher loads then they were originally designed for, and changes of reservoir management have increased loads on the structures in many cases. For this reason, many plant operators have decided to adapt dam structures for present-day use, to increase sustainability and guarantee serviceability. At the same time, the construction of new dams requires comprehensive planning as well as full cooperation between all areas of civil engineering and grouting technology. Grouting works are key elements of dam structures, which are usually not directly visible from the surface and therefore seldom perceived by the public. This paper gives an insight into the possibilities of grouting measures in dam construction and a brief overview of objectives of grouting measures and their assignment to components of dams as well as grouting measures for waterproofing curtains, pressure tunnels, pressure shafts, surge tanks and porous mass concrete.
Injektionsmaßnahmen im Talsperrenbau gewinnen durch die erforderlich gewordene Ertüchtigung von bestehenden Anlagen wieder zunehmend an Bedeutung in Europa. Durch moderne Methoden der Speicherbewirtschaftung (Pumpspeicherwerke) und daraus resultierende hohe dynamische Lasten über die Lebensdauer der Anlagen wurde es notwendig, die in den 1950er- und 1970er-Jahren gebauten Anlagen dem aktuellen Stand der Technik anzupassen. Gleichzeitig ist beim Bau neuer Talsperren eine umfassende Planung von Injektionsmaßnahmen sowie eine Zusammenarbeit aller Bereiche der Ingenieurwissenschaften mit der Injektionstechnik notwendig. Injektionen sind dabei ein wesentlicher Bestandteil von Sperrbauwerken, die in der Regel von der Oberfläche nicht sichtbar sind und somit selten von der Öffentlichkeit wahrgenommen werden. Der Beitrag gibt Einblick über die Vielfältigkeit der Einsatzmöglichkeiten von Injektionsmaßnahmen im Talsperrenbau und behandelt hierbei die Funktionen von Injektionsmaßnahmen und deren Anlagezuordnung im Kraftwerksbau, die Injektion von Dichtschirmen, Druckstollen, Druckschächten und Sperrbauwerken aus Massenbeton.

In rock tunneling, pre-excavation grouting (or, pre-injection) refers to systematic treatment of the rock mass ahead of an advancing tunnel face via pressure grouting. The main purpose of pre-excavation grouting is to reduce water inflows, or to improve geomechanical properties of the rock mass. This paper summarizes approaches for treating competent rock masses with systematic pre-injection of cementitious grouts through boreholes drilled from the working tunnel face. The focus is on traditional cement based grouting technology and drill-and-blast tunneling under high static groundwater pressures (> 20 bar). Post-injection, where drilling and grouting is performed somewhere behind the tunnel face, provides an additional means for achieving a high degree of watertightness, but is beyond the scope of this paper.

The E4 Stockholm Bypass is a new route for the European highway (E4) past the Swedish capital Stockholm. The bypass will connect the southern and northern parts of Stockholm. To reduce the impact on the surroundings, 18 km of the total of 21 km of the Stockholm Bypass are being constructed in tunnels. The Bypass will be one of the longest road tunnels in the world, with a construction cost of 3.1 billion Euro (2009 prices).
The challenges have been many, for example how to evaluate the hydraulic rock mass properties for such a vast tunnel stretch and then find the most suitable grouting design, the contractor's ability to deliver proper grout properties and suitable grouting equipment, the time and resources needed for QA/QC of the grouting works and the need for adaption of the grouting works to true geological conditions. Not to mention the complexity of monitoring water ingress during construction for the Client to show that the sealing demands are being met according to the environmental permits for water works operations. The Stockholm Bypass is by far the largest rock fissure grouting operation undertaken for road tunnels in Swedish history.

Grouting into an open borehole is a process that has been well described academically. Numerous grouting techniques and grouting criteria are available for various applications and combinations of rock mass/ground. Tube á manchette (TAM) or sleeve port grouting systems have until now mostly been used in specialized civil engineering work in soft ground. In order to be able to carry out grouting successfully in faulted rocks, cased drilling is necessary in order to maintain the stability of the borehole for the insertion of the sleeve pipe. Under these premises, fundamental considerations for successful TAM grouting in faulted rocks are presented. The rheological properties of the grout used, the form and size of the injection opening and the strength and thickness of the sheathing compound significantly influence the penetration into the surrounding rock mass. Increased effective pressure is necessary in order to break through the sheathing compound and also to overcome friction losses during the grouting process. The necessity of high effective pressure and the emergence of the grout at the sleeve ports can, in contrast to an open borehole, increase the risk of jacking the ground in the course of grouting and this has to be carefully taken into account and investigated in advance. The interaction of effective grouting pressures and friction losses of the grouting system and their effect on the grouting process in faulted rock are described through the formulation of a general grouting criteria for TAM grouting.
Der Injektionsprozess in einem offenen Bohrloch ist ein wissenschaftlich gut beschriebener Vorgang. Zahlreiche Injektionstechniken und Injektionskriterien sind für verschiedene Anwendungsfälle sowie Gebirgs-/Baugrundarten vorhanden. Manschettenrohr-Injektionssysteme wurden bisher vorwiegend bei Spezialtiefbaumaßnahmen im Lockergestein eingesetzt. Um Injektionen im Störungsgestein erfolgreich durchführen zu können, ist ein verrohrtes Bohrverfahren zur Aufrechterhaltung der Bohrlochstabilität zum Einbringen der Manschettenrohre sinnvoll. Unter dieser Prämisse werden Grundüberlegungen für eine erfolgreiche Manschettenrohr-Injektion im Störungsgestein vorgestellt. Die rheologischen Eigenschaften des verwendeten Injektionsmittels, die Form und Größe der Injektionsöffnungen im Manschettenrohr, sowie die Festigkeit und Stärke der Mantelmischung beeinflussen die Penetration in das umgebende Gebirge maßgeblich. Ein erhöhter wirksamer Injektionsdruck ist notwendig um einerseits die Mantelmischung aufzusprengen und andererseits die Reibungsverluste während des Injektionsprozesses zu überwinden. Die Notwendigkeit von hohen wirksamen Injektionsdrücken und punktuellen Injektionsaustritten kann im Vergleich zu Injektionen am offenen Bohrloch das Risiko, den Baugrund im Zuge der Injektion aufzusprengen erhöhen und muss somit sorgfältig im Vorhinein berücksichtigt und untersucht werden. Durch die Formulierung von grundlegenden Injektionskriterien für Manschettenrohre wird die Wechselwirkung von wirksamen Injektionsdrücken und Reibungsverlusten des Injektionssystems und deren Auswirkungen auf den Injektionsprozess im Störungsgestein beschrieben.